radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2020-23-2-6-18radioelectronics-413Research ArticleРАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПЕРЕДАЧИ, ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВRADIO ELECTRONIC FACILITIES FOR SIGNAL TRANSMISSION, RECEPTION AND PROCESSINGСравнение радиоинтерферометров с аналоговыми и цифровыми системами выделения регистрируемых сигналовComparison of Radio Interferometers with Analog and Digital Extraction of Recorded Signalhttps://orcid.org/0000-0002-9961-1965КольцовН. Е.Kol'tsoN. E.

Кольцов Николай Ефимович – доктор технических наук (1982), профессор (1985) кафедры радиоастрономии

заслуженный деятель науки РФ (2003), главный научный сотрудник Института прикладной астрономии РАН. Автор более 140 научных работ. Сфера научных интересов – радиоастрономия; приборостроение; радиоинтерферометрия и радиометрия. Адрес: Институт прикладной астрономии 

Nikolai E. Kol'tsov, Dr. Sci. (Eng.) (1982), Professor (1985), Honored Scientist of RF (2001), the chief researcher 

Professor of the Department of Radio Astronomy 

The author of more than 140 scientific publications. Area of expertise: radio astronomy, instrumentation, radio interferometry and radiometry.

reltaspb@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1577-9638ГренковС. А.GrenkovS. A.

Гренков Сергей Александрович – кандидат технических наук (2009), научный сотрудник Института прикладной астрономии РАН. Автор более 50 научных работ. Сфера научных интересов – цифровые системы обработки радиоастрономических сигналов; системы компьютерного управления. Адрес: Институт прикладной астрономии

Sergei A. Grenkov, Cand. Sci. (Eng.) (2009), Researcher 

The author of more than 50 scientific publications. Area of expertise: processing techniques of radio astronomy signal; computer control systems

skynet81@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9872-4215ФедотовЛ. В.FedotovL. V.

Федотов Леонид Васильевич – доктор технических наук (2016), ведущий научный сотрудник Института прикладной астрономии РАН. Автор более 100 научных работ. Сфера научных интересов – радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами, системы преобразования сигналов, проектирование радиоастрономической аппаратуры. Адрес: Институт прикладной астрономии

Leonid V. Fedotov, Dr. Sci. (Eng.) (2016), Leading Scientist 

Author of more than 100 scientific publications. Area of expertise: very long base interferometry, data acquisition systems, design of radio astronomy instrumentation.

lprsflv@mail.ruСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина); Российской академии наук (ИПА РАН)РоссияSaint Petersburg Electrotechnical University; Institute of Applied Astronomy of Russian Academy of SciencesRussian FederationРоссийской академии наук (ИПА РАН)РоссияInstitute of Applied Astronomy of Russian Academy of SciencesRussian Federation202028042020232618Copyright © Кольцов Н.Е., Гренков С.А., Федотов Л.В., 20202020Кольцов Н.Е., Гренков С.А., Федотов Л.В.Kol'tso N.E., Grenkov S.A., Fedotov L.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/413Введение

Введение. Радиотелескопами комплексов радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ) обычно регистрируются несколько сигналов с относительно узкими (до 32 МГц) полосами, которые выделяются видеоконверторами из аналогового шумового сигнала промежуточной частоты (ПЧ) с полосами до 1 ГГц. При обработке данных применяется синтез полосы частот. На новых небольших радиотелескопах (например, РТ-13) оцифровываются широкополосные сигналы ПЧ. Возможность подключения радиотелескопа РТ-13 к РСДБ-комплексу "Квазар-КВО" и к международным РСДБ-сетям обеспечивает модуль цифрового выделения узкополосных сигналов, разработанный в 2019 г.

Цель работы

Цель работы. Определение точности измерения интерферометрической групповой задержки сигнала радиоинтерферометром с цифровым модулем выделения регистрируемых сигналов и сравнение чувствительностей интерферометров с аналоговыми и с цифровыми системами выделения сигналов.

Материалы и методы

Материалы и методы. Рассчитываются потери чувствительности интерферометров с разными системами выделения регистрируемых сигналов. Сравниваются точности многоканального интерферометра с синтезом полосы частот и интерферометра, регистрирующего цифровые широкополосные сигналы ПЧ без синтеза полосы. Результаты подтверждаются РСДБ-наблюдениями в обсерваториях комплекса "Квазар-КВО".

Результаты

Результаты. При замене аналоговой системы выделения сигналов на цифровую потери чувствительности интерферометра немного снижаются. Точность измерения интерферометрической групповой задержки не меняется. Точность повышается при синтезе полосы частот, значительно превышающей ширину полосы ПЧ, и при цифровой регистрации широкополосных сигналов ПЧ. Определены условия и минимальные синтезируемые полосы, при которых точность интерферометра с регистрацией узкополосных сигналов может быть выше точности интерферометра с регистрацией широкополосных сигналов ПЧ.

Заключение

Заключение. Решена задача совмещения радиотелескопов РТ-13 с РСДБ-сетями, где регистрируются сигналы видеочастот. Показана эффективность установки на радиотелескопах цифровых систем преобразования сигналов.

Introduction

Introduction. Radio telescopes of Very Long Baseline Interferometry (VLBI) networks usually record several signals with relatively narrow (up to 32 MHz) bands, which are extracted by means of base band converters (BBC) from an analog noise signal of an intermediate frequency (IF) with bands up to 1 GHz. When processing data, frequency band synthesis is used. At new small radio telescopes (for example, RT-13), directly wideband IF signals are digitized. An ability to connect the RT-13 radio telescope to the “Quasar” VLBI complex and to international VLBI networks provides by a digital narrow-band signal extraction module developed in 2019.

Aim

Aim. Determining the measuring accuracy of an interferometric group delay of a signal by a radio interferometer with a digital narrow-band signal extraction module and comparing the sensitivity of interferometers with analog and digital signal extraction systems.

Materials and methods

Materials and methods. Sensitivity losses of interferometers with different systems for detecting recorded signals were calculated. The accuracy of a multi-channel interferometer with the synthesis of a frequency band and of an interferometer with recording of digital broadband IF signals without band synthesis was compared. The results were confirmed by VLBI observations in the observatories of the “Quasar” complex.

Results

Results. When replacing the analog system of signal extraction with digital system the sensitivity losses of the interferometer were slightly reduced. The measurement accuracy of the interferometric group delay had not changed. Accuracy increased when digitally recording broadband IF signals and when synthesizing a frequency band significantly larger than the IF bandwidth. Conditions and minimum synthesized bands were determined under which the accuracy of the interferometer with the registration of narrowband signals can be higher than the accuracy of the interferometer with the registration of wideband IF signals.

Conclusion

Conclusion. The problem of combining RT-13 radio telescopes with VLBI networks with recording of video frequency signals was solved. The efficiency of the installation of digital signal conversion systems at radio telescopes was shown.

радиоинтерферометрия со сверхдлинными базамисистемы преобразования сигналовцифровые видеоконверторыточность интерферометрасинтез полосы частотvery long baseline interferometrydata acquisition systemsdigital base band convertersaccuracy of the interferometerfrequency band synthesisИнститут прикладной астрономии Российской академии наук.Institute of Applied Astronomy Russian Academy of Sciences.ReferencesPetrachenko W. T. VLBI Data Acquisition and Recorder Systems: a Summary and Comparison // IVS 2000 General Meeting Proc. Greenbelt, USA: Goddart spase flight center, 2000. P. 76–85. NASA/CP-2000-209893. URL: https://ivscc.gsfc.nasa.gov/publications/gm2000/petrachenko2.pdf (дата обращения 07.03.2020)Petrachenko W. T. VLBI Data Acquisition and Recorder Systems: a Summary and Comparison. IVS 2000 General Meeting Proc. Greenbelt, USA: Goddart spase flight center, 2000, pp. 76–85. NASA/CP-2000-209893. Available at: https://ivscc.gsfc.nasa.gov/publications/gm2000/petrachenko2.pdf (accessed 07.03.2020)Finkelstein A., Ipatov A., Smolentsev S. The Network "Quasar": 2008–2011 // Measuring the Future: Proc. of the Fifth IVS General Meeting. SPb, 3–6 March 2008. M.: Nauka, 2008. P. 39–46.Finkelstein A., Ipatov A., Smolentsev S. The Network "Quasar": 2008–2011. Measuring the Future: Proc. of the Fifth IVS General Meeting. SPb, 3–6 March 2008. Moscow, Nauka, 2008, pp. 39–46.Цифровая радиоинтерферометрическая система преобразования сигналов / С. А. Гренков, Е. В. Носов, Н. Е. Кольцов, Л. В. Федотов // Приборы и техника эксперимента. 2010. № 5. С. 60–66.Grenkov S. A., Nosov E. V., Fedotov L. V., Kol'tsov N. E. A Digital Radio Interferometric Data Acquisition System. Instruments and Experimental Techniques. 2010, vol. 53, no. 5, pp. 675–681. doi: 10.1134/S002044121005009XRussian VLBI network "Quasar": Current status and outlook / N. Shuygina, D. Ivanov, A. Ipatov, I. Gayazov, D. Marshalov, A. Melnikov, S. Kurdubov, M. Vasilyev, G. Ilin, E. Skurikhina, I. Surkis, V. Mardyshkin, A. Mikhailov, A. Salnikov, A. Vytnov, I. Rakhimov, A. Dyakov, V. Olifirov // Geodesy and Geodynamics. 2019. Vol. 10, iss. 2. P. 150–156. doi: 10.1016/j.geog.2018.09.008Shuygina N., Ivanov D., Ipatov A., Gayazov I., Marshalov D., Melnikov A., Kurdubov S., Vasilyev M., Ilin G., Skurikhina E., Surkis I., Mardyshkin V., Mikhailov A., Salnikov A., Vytnov A., Rakhimov I., Dyakov A., Olifirov V. Russian VLBI network "Quasar": Current status and outlook. Geodesy and Geodynamics. 2019, vol. 10, iss. 2, pp. 150– 156. doi: 10.1016/j.geog.2018.09.008VLBI Data Interchange Format (VDIF) / A. Whitney, M. Kettenis, C. Phillips, M. Sekido // IVS 2010 General Meeting Proc. "VLBI2010: From Vision to Reality". Hobart, Australia, Febr. 7–14 2010. Greenbelt, USA: Goddart spase flight center, 2010. P. 192–196. NASA/CP-2010-215864.Whitney A., Kettenis M., Phillips C., Sekido M. VLBI Data Interchange Format (VDIF). IVS 2010 General Meeting Proc. "VLBI2010: From Vision to Reality". Hobart, Australia, Febr. 7–14 2010. Greenbelt, USA: Goddart spase flight center, 2010, pp. 192–196. NASA/CP-2010-215864.Whitney A. R. The VLBI Standard Interface Hardware (VSI-H) Interface Specification. URL: https://vlbi.org/wpcontent/uploads/2019/03/VSI_H_paper_for_IVS_TOW.pdf (дата обращения: 11.03.2020).Whitney A. R. The VLBI Standard Interface Hardware (VSI-H) Interface Specification. Available at: https://vlbi.org/wp-content/uploads/2019/03/VSI_H_paper_for_IVS_TOW.pdf (accessed 11.03.2020).Жаров А. Е. Основы радиоастрометрии. М.: Изд-во Московского университета. 2011. 280 с.Zharov A. E. Osnovy radioastrometrii [Basics of Radio Astrometry]. Moscow, Izd-vo Moskovskogo universiteta, 2011, 280 p. (In Russ.)Радиоинтерферометрический коррелятор для комплекса "Квазар-КВО" / И. Ф. Суркис, В. Ф. Зимовский, В. А. Шантырь, А. Е. Мельников // Приборы и техника эксперимента. 2011. № 1. С. 91–99.Surkis I. F., Zimovsky V. F., Shantyr V. A., Melnikov A. E. A Correlator for the Quasar VLBI Network. Instruments and Experimental Techniques. 2011, vol. 54, no. 1, pp. 84–91. doi: 10.1134/S0020441211010106Thompson A. R., Moran J., Swenson Jr. G. W. Interferometry and Synthesis in Radio Astronomy. 3rd Ed. Springer Open, 2017. 872 p. doi: 10.1007/978-3-319-44431-4Thompson A. R., Moran J., Swenson Jr. G. W. Interferometry and Synthesis in Radio Astronomy. 3rd Ed. Springer Open, 2017, 872 p. doi: 10.1007/978-3-319-44431-4New Observing Modes for the DBBC3 / G. Tuccari, W. Alef, S. Dornbusch, R. Haas, K.-A. Johansson, H. Rottmann, A. Roy, M. Wunderlich // IVS 2018 General Meeting Proc. "Global Geodesy and the Role of VGOS – Fundamental to Sustainable Development". Longyearbyen, Norway, 3–8 July 2018. Greenbelt, USA: Goddart spase flight center, 2018. P. 47–49. NASA/CP-2019-219039.Tuccari G., Alef W., Dornbusch S., Haas R., Johansson K.-A., Rottmann H., Roy A., Wunderlich M. New Observing Modes for the DBBC3. IVS 2018 General Meeting Proc. "Global Geodesy and the Role of VGOS – Fundamental to Sustainable Development". Longyearbyen, Norway, 3–8 July 2018. Greenbelt, USA, Goddart spase flight center, 2018, pp. 47–49. NASA/CP-2019-219039.Кольцов Н. Е., Гренков С. А., Федотов Д. В. Цифровые радиоастрономические системы регистрации сигналов. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2019. 155 с.Kol'tsov N. E., Grenkov S. A., Fedotov D. V. Cifrovye radioastronomicheskie sistemy registracii signalov [Digital Radio Astronomy Signal Recording Systems]. SPb., Izd-vo SPbGETU "LETI", 2019, 155 p. (In Russ.)Ипатов А. В. Радиоинтерферометр нового поколения для фундаментальных и прикладных исследований // Успехи физических наук. 2013. Т. 183, № 7. С. 769–777. doi: 10.3367/UFNr.0183.201307i.0769Ipatov A. V. A New-Generation Interferometer for Fundamental and Applied Research. Physics-Uspekhi. 2013, vol. 56, no. 7, pp. 729–737. doi: 10.3367/ufne.0183.201307i.0769Многофункциональный цифровой преобразователь радиоастрономических сигналов с полосой до 512 МГц / Е. В. Носов, Н. Е. Кольцов, Л. В. Федотов, С. А. Гренков // Приборы и техника эксперимента. 2017. № 2. С. 49–56. doi: 10.7868/S0032816217010256Nosov E. V., Kol’tsov N. E., Fedotov L. V., Grenkov S. A. A Multifunctional Digital Converter for Radio-Astronomy Signals with a Bandwidth of Up to 512 MHz. Instruments and Experimental Techniques. 2017, vol. 60, no. 2, pp. 202–209. doi: 10.1134/S0020441217010250Гренков С. А., Кольцов Н. Е. Спектрально-селективный модуль радиометра с защитой от радиопомех // Изв. вузов. Радиофизика. 2015. Т. 58, № 7. С. 769–777.Grenkov S. A., Kol’tsov N. E. Spectral-Selective Radiometer Unit with Radio-Interference Protection. Radiophysics and Quantum Electronics. 2015, vol. 58, no. 7, pp. 520–528. doi: 10.1007/s11141-015-9625-yРадиоинтерферометрический коррелятор на графических процессорах / И. Ф. Суркис, В. Ф. Зимовский, В. О. Кен, Я. Л. Курдубова, В. Ю. Мишин, Н. А. Миштина, В. А. Шантырь // Приборы и техника эксперимента. 2018. № 6. С. 8–16. doi: 10.1134/S0032816218060150Surkis I. F., Zimovsky V. F., Ken V. O., Kurdubova Y. L., Mishin V. Y., Mishina N. A., Shantyr V. A. A Radio Interferometric Correlator Based on Graphics-Processing Units. Instruments and Experimental Techniques. 2018, vol. 61, no. 6, pp. 772–779. doi: 10.1134/S0020441218060131Пат. RU 176177 U1. МПК H03D 7/00 (2006.01). Система преобразования и регистрации широкополосных сигналов для радиоастрономического интерферометра / Л. В. Федотов, Н. Е. Кольцов // Опубл. 11.01.2018. Бюл. № 2.Fedotov L. V., Kol’tsov N. E. Pat. RF 176177 U1. МПК H03D 7/00 (2006.01). Broadband Signal Conversion and Recording System for Radio Astronomy Interferometer. Publ. 11.01.2018. (In Russ.)BRAND: a Very Wide-Band Receiver for the EVN / G. Tuccari, W. Alef, M. Pantaleev, J. Flygare, J. A. Lopez Perez, J. A. Lopez Fernandez, G. W. Schoonderbeek, V. Bezrukovs // Proc. of the 23rd European VLBI Group for Geodesy and Astrometry Working Meeting, Gothenburg, Sweeden, May 2017. Molndal, Sweeden: Billes Tryckeri AB. 2017. P. 81–83.Tuccari G., Alef W., Pantaleev M., Flygare J., Lopez Perez J. A., Lopez Fernandez J. A., Schoonderbeek G. W., Bezrukovs V. BRAND: a Very Wide-Band Receiver for the EVN. Proc. of the 23rd European VLBI Group for Geodesy and Astrometry Working Meeting, Gothenburg, Sweeden, May 2017. Molndal, Sweeden, Billes Tryckeri AB, 2017, pp. 81–83.An Overview of the Japanese GALA-V Wideband VLBI System / S. Mamoru, T. Kazuhiro, U. Hideki, K. Tetsuro, T. Masanori, M. Yuka, K. Eiji, T. Hiroshi, H. Shingo, I. Ryuichi, K. Yasuhiro, H. Yuko, W. Kenichi, S. Tomonari, K. Junichi, T. Kenjiro, N. Kunitaka, T. Rumi, O. Yoshihiro, A. Tetsuro, I. Takatoshi // IVS 2016 General Meeting Proc. "New Horizons with VGOS". Johannesburg, South Africa, March 13–17, 2016. Greenbelt, USA: Goddart spase flight center, 2016. P. 25–33. NASA/CP-2016-219016.Mamoru S., Kazuhiro T., Hideki U., Tetsuro K., Masanori T., Yuka M., Eiji K., Hiroshi T., Shingo H., Ryuichi I., Yasuhiro K., Yuko H., Kenichi W., Tomonari S., Junichi K., Kenjiro T., Kunitaka N., Rumi T., Yoshihiro O., Tetsuro A., Takatoshi I. An Overview of the Japanese GALA-V Wideband VLBI System. IVS 2016 General Meeting Proc. "New Horizons with VGOS". Johannesburg, South Africa, March 13–17, 2016. Greenbelt, USA, Goddart spase flight center, 2016, pp. 25–33. NASA/CP-2016-219016.Трехдиапазонная приемная система для радиотелескопов с малыми антеннами / Д. В. Иванов, В. В. Мардышкин, А. С. Лавров, А. А. Евстигнеев // Труды ИПА РАН. 2013. Вып. 27. С. 197–203.Ivanov D. V., Mardyshkin V. V., Lavrov A. S., Evstigneev A. A. Trjohdiapazonnaja prijomnaja sistema dlja radioteleskopov s malymi antennami [Three-Band Receiving System for Radio Telescopes with Small Antennas]. Trudy IPA RAN. SPb., 2013, vol. 27, pp. 197–203. (In Russ.)Whitney A. The Mark 5B VLBI Data System. // Proc. of the 7th Symp. of the European VLBI Network on New Developments in VLBI Science and Technology. Toledo, October, 12–15 2004. Madrid: Observatorio Astronómico Nacional de España, 2004. P. 251–252.Whitney A. The Mark 5B VLBI Data System. Proc. of the 7th Symp. of the European VLBI Network on New Developments in VLBI Science and Technology. Toledo, October, 12–15 2004. Madrid, Observatorio Astronómico Nacional de España, 2004, pp. 251–252.Кольцов Н. Е., Гренков С. А. Цифровые видеоконверторы для радиоастрономических систем преобразования сигналов. // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2017. Вып. 5. С. 19–27.Kol'tsov N. E., Grenkov S. A. The Digital Down Converters for a Radio Astronomy Data Acquisition Systems. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics. 2017, no. 5, pp. 19–27. (In Russ.)Пат. RU 181253 U1. МПК Н03D 7/00, H04B 1/16 (2006.01). Цифровой гетеродин на программируемой логической интегральной схеме / С. А. Гренков, Н. Е. Кольцов // Опубл. 06.07.2018. Бюл. № 19.Grenkov S. A., Kol'tsov N. E. Pat. RF 181253 U1. МПК Н03D 7/00, H04B 1/16 (2006.01). Digital Local Oscillator on a Programmable Logic Integrated Circuit. Publ. 06.07.2018. (In Russ.)Пат. RU 188320 U1. МПК Н04J 14/00, H04B 1/00, H04B 17/00, H04Q 1/20 (2006.01). Цифровое устройство выделения узкополосных сигналов из широкополосного / С. А. Гренков, Н. Е. Кольцов, Л. В. Федотов // Опубл. 08.04.2019. Бюл. № 10.Grenkov S. A., Kol'tsov N. E., Fedotov L. V. Pat. RF 188320 U1. МПК Н04J 14/00, H04B 1/00, H04B 17/00, H04Q 1/20 (2006.01). Digital Broadband Signal Extraction Device. Publ. 08.04.2019.Extending “Quasar” VLBI-Network: VGOS-compatible Radio Telescope in Svetloe / E. Nosov, D. Ivanov, A. Ipatov, V. Mardyshkin, D. Marshalov, A. Mikhailov, I. Rakhimov, A. Salnikov, A. Vytnov // IVS 2018 General Meeting Proc. "Global Geodesy and the Role of VGOS – Fundamental to Sustainable Development". Longyearbyen, Norway, 3–8 July 2018. Greenbelt, USA: Goddart spase flight center, 2018. P. 12–16. NASA/CP–2019-219039.Nosov E., Ivanov D., Ipatov A., Mardyshkin V., Marshalov D., Mikhailov A., Rakhimov I., Salnikov A., Vytnov A. Extending “Quasar” VLBI-Network: VGOS-compatible Radio Telescope in Svetloe. IVS 2018 General Meeting Proc. "Global Geodesy and the Role of VGOS – Fundamental to Sustainable Development". Longyearbyen, Norway, 3–8 July 2018. Greenbelt, USA, Goddart spase flight center, 2018, pp. 12–16. NASA/CP–2019-219039.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.